本发明公开一种测量单分散上转换纳米荧光微粒寿命的装置及方法，该装置包括：双光子显微镜组件以及电气控制组件；双光子显微镜组件包括：激光器、多个光学镜、普克尔盒、二维振镜扫描模块以及光电倍增管，激光器发出光束，经过光学镜和普克尔盒后进入二维振镜扫描模块对样品进行二维扫描，而样品受激产生的荧光信号通过光电倍增管采集；电气控制组件用于控制双光子显微镜组件工作。本发明一种测量单分散上转换纳米荧光微粒寿命的装置及方法，对单分散状态的UCNPs材料进行了荧光成像和荧光寿命测量，使用时域法测量得到的数据直观、处理简便。